Системы радиосвязи и сети телерадиовещания

оборудование должно поддерживать сложные варианты предыскажений, а на приемной стороне должен быть обеспечен более высокий уровень отношения сигнал/шум. Символы внутри констелляционного поля APSK модулированного сигнала размещены по окружностям. Такой вариант является наиболее помехоустойчивым в плане передачи амплитуды символа и позволяет использовать ретрансляторы в режимах, близких к точке насыщения.

Обратим внимание на то, что, по сравнению с QPSK, верхняя схема модуляции, 32APSK, позволяет повысить общую скорость потока в 2.5 раза.

Одновременно с введением более высоких уровней модуляции стандарт предусматривает возможность применения двух дополнительных коэффициентов скругления alpha. К используемому в DVB-S alpha=0.35 в новом стандарте добавлены коэффициенты alpha = 0.20 и alpha = 0.25. Новые, более низкие значения коэффициентов обеспечивают большую крутизну импульсов, что позволяет использовать спектр более эффективно. С

другой стороны, снижение alpha способствует повышению нелинейных искажений, что особенно сказывается при передаче одной несущей на транспондер. Поэтому конкретное значение коэффициента выбирается с учетом всех параметров передачи.

Для защиты от помех в новом стандарте, как и в прежних, используется перемежение данных и наложение двухуровневого кода для прямой коррекции ошибок (Forward Error Correction FEC). Но системы внешней и внутренней кодозащиты – другие, чем в стандарте

DVB-S. В качестве внешней кодозащиты вместо кода Рида-Соломона используется код Боуза-Чоудхури-Хоквингема (Bose-Bhaudhuri-Hocquenghem, BCH), а в качестве внутренней,

вместо сверхточного кода, – код с низкой плотностью проверок на четность Low Density

Parity Check Codes – LDPC).

LDPC – один из вариантов "турбо" кодов, изобретенный еще в 1960 году и получивший свое второе рождение в середине 1990-х. Он был выбран путем компьютерного моделирования из семи опробованных вариантов турбо кодов. Критерием выбора была достижимая с помощью кода эффективность передачи в канале, и коду LDPС удалось максимально приблизить ее к пределу Шеннона при соблюдении установленных ограничений на сложность чипа декодера.

Код LDPC накладывается на блоки длиной 64800 бит, которые для приложений,

чувствительных к задержкам, могут быть сокращены в 4 раза. Относительная скорость передачи может составлять от1/4, до 9/10. Первый вариант предусматривает передачу трех защитных бит на каждый полезный, а последний, одиннадцатый – один контрольный бит на девять полезных.

Для дополнительного снижения частоты ошибки используется внешний уровень

321

кодозащиты BCH, работающий при малой плотности ошибок. В большинстве режимов код позволяет исправлять до 12 ошибок, но в некоторых – до 8 или до 10 ошибок.

BCH, так же, как и код Рида-Соломона, представляет собой алгебраический код,

описываемый определенными полиномами. Но, в отличие от кода Рида-Соломона, BCH

исправляет одиночные, а не пакетные ошибки и может накладываться на более длинные последовательности.

Новая пара кодов обеспечивают более эффективное использование канального ресурса, чем коды DVB-C. Как отмечают разработчики стандарта, она позволяет работать при уровнях Eb/No (цифровой эквивалент C/N) всего на 0.7 дБ выше требуемого соотношением Шеннона для заданной скорости, в то время как применение свертки в паре с кодом Рида-Соломона требовало превышения этого предела примерно на 5 дБ. Правда, при этом не выполняются условия бесконечно высокой достоверности передаваемой информации, оговоренные в теореме Шеннона. Более того, новый стандарт допускает более высокую частоту ошибок (BER) на выходе декодера, чем старый. Если кодеры стандарта

DVB-S обеспечивают снижение BER до 10E-10 – 10E-11, то LDCP в сочетании с BCH

снижают его до уровня 10E-7. Такой уровень соответствует появлению одной ошибки в час при передаче потока скоростью 5 Мбит/с (стандартная скорость передачи ТВ компрессированного в MPEG-2). С другой стороны, такой уровень ошибки является допустимым для подавляющего большинства приложений, а большая достоверность при необходимости может быть обеспечена самим приложением. По существу, в стандарт DVB-S

заложен избыточный уровень достоверности. Это связано с особенностями работы кода Рида-Соломона, который либо восстанавливает принимаемую последовательность с высокой точностью, либо не восстанавливает ее вовсе.

В случае передачи пакетной информации, перед ее подачей в FECкодеры, на нее накладывается CRC-8 (Cyclic Redundancy Check) кодирование. А после FEC кодирования данные подвергаются перемежению, защищающему ее от длительных помех.

Реализация программного комплекса DVB-RCS2 и результаты моделирования

Также для решения поставленной задачи было проведено моделирование с использованием программного пакета MATLAB Simulink (commdvbs2). Структурная схема канала DVB-S2 приведена на рисунке.

322

Simulink модель канала DVB-S2

Схема включает в себя следующие функциональные блоки:

Bernoulli Binary Generator – Генератор псевдослучайной последовательности,

имитирующей входной сигнал.

Окно блока Bernoulli Binary Generator

323

Буфер – с выхода генератора пакеты буферизуется, создавая базовый диапазон кадра

(BBFRAME).

Кодер (декодер) BCH – осуществляет защиту информации от ошибок

Окно блока BCH coder/decoder LDPC coder (decoder) – кодирование с проверкой на чётность.

Окно блока LDPC coder

32APSK – модулятор (демодулятор) кодовой последовательности.

324

Окно блока 32APSK модулятор

AWGN – Линия передачи с аддитивным белым Гауссовским шумом

Окно блока AWGN LDBC Bit Error Rate – Блок подсчёта количества ошибок

325

Окно блока LDBC Bit Error Rate

В ходе проделанной работы был исследован стандарт DVB-RCS разработанный на основе стандарта DVB-S2, а также разработан аппаратнопрограммный комплекс для рассмотрения данного стандарта с различными видами модуляции. Основываясь на результатах моделирования были построены кривые зависимости битовой ошибки от отношения сигнал-шум и созвездия для различных видов модуляций, применяемых в стандарте DVB-RCS. На основе этих графиков были сделаны следующие выводы:

1)Из графиков зависимости BER от SNR можно сделать вывод о том, что при увеличении арности модуляции скорость передаваемой информации увеличивается, но в тоже время уменьшается помехозащищённость сигнала (увеличивается количество ошибок).

2)Рассматривая созвездия модуляций при различном отношении сигнал/шум можно сделать вывод, что при увеличении SNR точки на созвездии сходятся, и как следствие, при приёме количество ошибок уменьшается.

Уменьшение числа ошибок достигается использованием сигнально-кодовых конструкций в стандарте DVB-RCS. Совместное использование цифровых модуляций QPSK, 8-PSK, 16-APSK, 32-APSK - и каскадных кодов BCH - LDPC позволяет снизить битовые ошибки.

Схема кодирования основана на взаимной связи кодов LDPC и БЧХ. Коды LDPC,

могут обеспечить чрезвычайно низкие частоты появления ошибок вблизи пропускной способности канала, используя алгоритм итеративного декодирования с низкой

326

плотностью. Внешние коды БЧХ используются для коррекции случайных ошибок,

создаваемых декодером LDPC. Закодированная последовательность поступает на блочный перемежитель и затем модулируется с использованием метода фазовой манипуляции M-PSK

и передается по каналу с заданным уровнем шума.

Созвездия, полученные при модулировании, для различных отношений энергии бита к спектральной мощности шума (SNR) представлены на рисунках:

Созвездия QPSK 9/10 для разных SNR

327

Созвездия 8PSK 9/10 для разных SNR

Созвездия 16APSK 9/10 для разных SNR

328

Созвездия 32APSK 9/10 для разных SNR

В результате моделирования получены зависимости BER от SNR для различных скоростей кодирования LDPC.

Зависимость BER от SNR после декодирования LDPC

329

Анализ рисунка показывает, что квадратурная фазовая манипуляция позволяет передавать данные с наименьшей ошибкой, чем другие представленные модуляции при прочих равных условиях. Применение же модуляции 32-APSK позволит увеличить скорость передачи данных в 2,5 раза.

Зависимость BER после демодулирования от SNR для одного вида модуляции с разными скоростями кодирования

Из рисунка видно, что все графики наложены друг на друга, отсюда следуют, что BER

после демодулирования не зависит от скорости кодирования.

Зависимость BER от SNR после демодулирования для разных видов модуляции с одинаковой скоростью кодирования

Из рисунка видно, что для QPSK обладает наилучшей помехозащищенностью.

В результате моделирования установлено, что QPSK обладает наилучшей помехозащищенностью, 32APSK амплитудно-фазовая манипуляция позволяет передавать данные с большей скоростью.

330